CP-IP協(xié)議簇設計原理V

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1、DARPA互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議設計理念2012-7-4引言背景1973年，美國國防高等研究計劃署(DARPA)第一次提出了互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議簇TCP/IP，時至今日，它已經(jīng)在軍事和商業(yè)系統(tǒng)中得到了廣泛應用；問題盡管已經(jīng)存在很多描述TCP/IP協(xié)議簇的論文和規(guī)范，但是只從這些協(xié)議和規(guī)范很難推想出，為什么協(xié)議簇是它現(xiàn)在存在的這個樣子。介紹演化中的協(xié)議從最初的提議到目前的標準，經(jīng)歷了比較大的變化無連接服務的思想TCP和IP的分層結構互聯(lián)網(wǎng)結構仍在發(fā)展當中有時新的擴展會挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的法則了解協(xié)議歷史的必要性影響了其他協(xié)議簇，如ISO無連接傳輸模式構

2、型的協(xié)議在任何情況下,當前的設計擴展都是在歷史的設計背景下提出的互聯(lián)網(wǎng)架構的首要目標開發(fā)一個有效的技術，對現(xiàn)有的互相連通的網(wǎng)絡進行多路復用，包括三個方面的內容：將所有網(wǎng)絡連通提供更大的服務一個想法是將現(xiàn)有網(wǎng)絡進行連通另一個想法是設計一個統(tǒng)一標準的系統(tǒng)，可以包容不同的傳輸媒介多路復用技術一個是分組交換技術另一個是線路交換網(wǎng)絡互連技術網(wǎng)關作為通信處理機次級目標互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的有效性包含以下方面：在網(wǎng)絡和網(wǎng)關出故障時，互聯(lián)網(wǎng)通信必須能夠繼續(xù)進行；互聯(lián)網(wǎng)必須支持多種類型的通訊服務；互聯(lián)網(wǎng)結構必須能夠適應各種網(wǎng)絡結構；互聯(lián)網(wǎng)結構必須

3、允許分布式的資源管理；互聯(lián)網(wǎng)結構必須考慮成本效益；互聯(lián)網(wǎng)結構必須允許主機連接，而且代價要??；互聯(lián)網(wǎng)結構使用的資源必須是可解釋的，有說明的；對于上面的列表，不同的排列順序，代表不同特點的重要性，會產(chǎn)生一個完全不同的網(wǎng)絡架構，從而應用于不同的環(huán)境中。次級目標1：面對故障時的存活能力存活能力是指，網(wǎng)絡或網(wǎng)關出現(xiàn)閃斷故障時，互聯(lián)網(wǎng)能繼續(xù)提供服務的能力；進一步來講，即正在進行會話的狀態(tài)信息必須被保護好，有兩種方式：信息備份狀態(tài)被保存在網(wǎng)絡中間的分組交換節(jié)點，缺點：因為這種情況下備份本身的分散特性，用來確保備份健壯性的算法很難構造

4、；命運共享在網(wǎng)絡的末端獲取并收集狀態(tài)信息，優(yōu)點：可防護任何數(shù)目的中間媒介故障、比信息備份容易建造的多；缺點：網(wǎng)關中沒有任何當前連接基本狀態(tài)信息、主機被賦予太多的信任，易導致機器上得應用無法運行次級目標2：提供多種類型服務傳輸層應該支持多種服務類型多種服務類型：區(qū)別在于對網(wǎng)絡速度、時延、可靠性的要求不同傳統(tǒng)服務類型提供可靠的雙向數(shù)據(jù)傳遞陸續(xù)出現(xiàn)一些TCP協(xié)議無法支持的服務：實時數(shù)字音頻傳輸TCP/IP分層TCP提供可靠的順序的數(shù)據(jù)流服務IP提供數(shù)據(jù)報服務，為其他服務提供底層支持對底層網(wǎng)絡要求不要求底層網(wǎng)絡支持多種服務，而

5、是在基本的數(shù)據(jù)報層之上，在主機和網(wǎng)關上通過算法實現(xiàn)多種服務但是一些底層網(wǎng)絡對多種服務支持并不好次級目標3：支持多種底層網(wǎng)絡因特網(wǎng)架構對底層網(wǎng)絡要求很少要求：能傳輸包或數(shù)據(jù)報；數(shù)據(jù)包大小合理，至少100bytes；可靠性合理但并不要求絕對可靠；有合理的尋址機制不要求：可靠傳輸、有序傳輸、網(wǎng)絡層廣播和多播、報文優(yōu)先級劃分、對多種服務的支持、對傳輸失敗、傳輸速度、時延的感知當需要基本服務以外的服務時選擇1：底層網(wǎng)絡直接支持選擇2：每個主機的網(wǎng)絡接口模擬這些服務次級目標：其他目標分布式管理現(xiàn)有因特網(wǎng)有幾個不同的管理中心，管理區(qū)

6、域內部用私有路由算法，管理區(qū)域間可以交換路由表由資源使用策略制約的路由算法是互聯(lián)網(wǎng)的一個難題，因此多管理域環(huán)境下的資源管理是個重要方向有效性報文頭部典型的為40bytes，所以傳輸短數(shù)據(jù)時效率很低重傳是端到端的，而不是在底層網(wǎng)絡重傳，從而影響效率。但如果錯包率較小，可以接受次級目標：其他目標主機聯(lián)網(wǎng)代價需要在這個主機上實現(xiàn)相關協(xié)議，但是隨著人們經(jīng)驗的增多，這已經(jīng)不再困難主機故障導致網(wǎng)絡故障由于服務在每個主機實現(xiàn)，因此主機故障也會帶來網(wǎng)絡問題，從而影響網(wǎng)絡可靠性網(wǎng)絡健壯性?命運共享?主機故障導致網(wǎng)絡問題資源可計數(shù)計數(shù)網(wǎng)絡

7、包數(shù)量因為商業(yè)用途中會重視internet網(wǎng)絡中的資源分析、監(jiān)控和管理架構與實現(xiàn)因特網(wǎng)架構的目標：在傳輸層提供靈活的服務因特網(wǎng)服務實現(xiàn)的決定因素：軟件和底層網(wǎng)絡架構與實現(xiàn)實現(xiàn)是指在因特網(wǎng)架構下互聯(lián)起來的網(wǎng)絡、網(wǎng)關、主機的集合：服務在帶寬方面數(shù)量級不同服務在延遲方面的數(shù)量級不同網(wǎng)關和路徑上的冗余度不同架構與實現(xiàn)架構設計者面臨的問題：如何輔助網(wǎng)絡實現(xiàn)設計者設計特定類型的服務？協(xié)議模擬器能完成協(xié)議邏輯上的檢查，卻不能限制性能一些設計在邏輯上正確，但在性能上成數(shù)量級下降，導致設計失敗原因：性能不達標主要因為協(xié)議所在的操作系統(tǒng)而

8、不是協(xié)議本身。架構與實現(xiàn)架構設計者面臨的問題：如何輔助網(wǎng)絡實現(xiàn)設計者設計特定類型的服務？另一種輔助工具是仿真器：考慮服務在特定實現(xiàn)、特定負載下的性能，但是不可能對所有情況進行仿真。架構與實現(xiàn)是否要將性能約束加入因特網(wǎng)架構中？因特網(wǎng)在傳輸層提供靈活的服務，不應限制性能不存在有效地描述性能的工具IP數(shù)據(jù)報因特網(wǎng)的基本結構特征是使用數(shù)據(jù)